В. С. Холодков, директор Российско-Шведского биоэнергетического
информационного тренинг центра

Использование древесной биомассы для получения энергии является традиционным для человечества на протяжении миллионов лет. Потребление энергии в промышленно развитых странах постоянно растёт, и эти страны являются крупнейшими в мире производителями энергии. В странах с развитой лесной промышленностью наблюдается устойчивый рост производства биоэнергии, то есть энергии, получаемой из биомассы.

Биоэнергия определяется как "энергия из биомассы или торфа", получаемая в результате цепочки природного цикла, где под воздействием солнечной энергии на биологическое вещество происходит производство биомассы, и затем, при распаде биомассы выделяется энергия. Биоэнергетическая система считается нейтральной в отношении выбросов СО2, и распад биомассы не способствует глобальному потеплению. Это объясняется тем, что при распаде биомассы в техногенных процессах выделяется столько же парниковых газов, сколько выделилось бы при естественном распаде биомассы в природных условиях.

Для определения понятия "биотоплива" можно воспользоваться определением, которое дает шведский стандарт SS 187106, издание 3: "топливо, для которого исходным материалом является биомасса или торф. Топливо может подвергаться химическим процессам или переработке, а также может быть использованным ранее в других целях" [2]. Биомасса в том же стандарте определяется как "материал биологического происхождения, не прошедший химической обработки или эта обработка была незначительной".

Биотопливо за последние несколько лет становиться важным фактором решения проблем, связанных с климатом. Киотский протокол определяет почти для каждой страны необходимость снижения выбросов парниковых газов, для чего необходимо уменьшить использование ископаемых видов топлив. "Белый документ по возобновляемой энергии" комиссии Европейского Союза [3], опубликованный в декабре 1997 года, предписывает довести вклад возобновляемой энергии в Европейском Союзе с 6 % до 12 % к 2010 году. Биомасса рассматривается как сектор, который должен быть развит в наибольшей степени и в кратчайшие сроки. Ожидается, что в 2010 году он должен составить 74 % общего потребления возобновляемой энергии в Европейском Союзе.

Традиционно биотопливо разделяется на пять подгрупп: - древесное топливо (сырьё из леса, не прошедшее химической обработки); - торфяное топливо; - аграрные топлива (биотопливо сельскохозяйственного происхождения, например, энергетический лес, трава, солома и зерно для производства этанола); - биотопливо из отходов, из органического мусора; - щелоки - побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности. Образуется при варке щепы и содержит органические соединения, которые можно сжигать, и химикалии, подлежащие восстановлению.

Строго говоря, торф нельзя отнести к возобновляемым источникам, так это не полностью разложившийся биологический материал, образующийся в болотах в течение сотен лет. Скорость образования торфа в природе в несколько десятков раз меньше скорости его исчерпания. Поэтому использование торфа для производства энергии не относят к "зеленой энергетике".

Древесина также обладает относительной возобновляемостью, потому что для образования её запаса определённого качества требуются многие десятилетия. Источником древесины является лес. Согласно классификации Н.Ф. Реймерса, лес как природный ресурс относится к энергетическому типу ресурсов и является исчерпаемым. Лес, как природная система, может быть возобновляемым ресурсом только в том случае, если методы его управления устойчивые и экологически сбалансированные [1]. Это означает, что условия для будущего поколения леса должны быть такого качества, чтобы позволили будущим экосистемам выжить.

Для Северо-запада России с учетом природного ресурса и существующих технологий в настоящее время наиболее актуальной является задача эффективного использования древесного топлива, в первую очередь низкосортной древесины, а также отходов лесозаготовок. Эти отходы для многих лесозаготовителей стали настоящей проблемой, так как их утилизация требует дополнительных расходов, отражающихся на себестоимости продукции.

Есть определение, что отходы - это продукт незавершенной технологической цепи, а потому древесные отходы надо рассматривать не как отходы, а как сырье для получения тепловой и электрической энергии. При этом использование древесины в таком качестве целесообразно рассматривать с точки зрения экологии, экономики и решения социальных вопросов. Большое количество древесных отходов образуется на лесосеке в процессе проведения рубок главного и промежуточного пользования и включают в себя обломки стволов, крону деревьев, тонкомер и др. К отходам деревообработки относятся опилки, стружка, обрезки досок, горбыль, дрова, кора.

В лесах Северо-западной части России сосредоточены большие запасы древесины. Общая площадь Ленинградской, Новгородской и Псковской областей составляет 368,9 тыс. км2, лесной фонд - 278,3 тыс. км2. Лесистость региона - 52 %, в т.ч. по областям: Новгородская - 63,8 %, Ленинградская - 55 %, Псковская - 38 %. Около 76 % площади лесного фонда региона считается пригодной для эксплуатации. В Ленинградской области сосредоточено 56 %, в Новгородской - 28%, в Псковской области - 16 % всего лесного фонда [3]. По оценкам специалистов Правительства Ленинградской области, сделанным в 2003 году, общий запас древесины области составляет 864,6 млн. м3, в том числе спелой и перестойной древесины 368,0 млн. кубометров (43 %). По оценкам доктора технических наук Суханова В.С., при рубках главного пользования в перестойных насаждениях образуются дрова в объёме около 30% от общего объёма заготавливаемой древесины [4], что является потенциальным ресурсом для использования в качестве биотоплива.

Характеристика лесных ресурсов и показатели их использования приведёны в таблицах 5 и 6 [5].

Таблица 5. Характеристика лесных ресурсов

В среднем по Северо-западу лесной эксплуатационный фонд характеризуется следующими данными:
Ленинградская область — 20С ЗОЕ ЗОБ 20Ос
Новгородская область — 17С 26Е 28Б 29Ос
Псковская область — 24С 21Е 29Б 22Ос 4Ол
По региону — 20С 27Е 29Б 24Ос
Расшифровка:

20 С - 20 % сосны, 27 Е - 27 % ели, 29 Б - 29 % березы, 24 Ос - 24 % осины.

В усреднённых цифрах в Ленинградской области на одного человека приходится 3,2 га леса и 573 м3 древесины, в Финляндии соответственно 4,9 га/чел и 351 м3/чел. В Швеции - 2,6 га/чел, в Норвегии - 1,6 га/чел, в Германии 0,12 га/чел.

Таблица 6. Характеристика лесных ресурсов и показатели их использования

В процессе работ по заготовке древесины и её дальнейшей переработки только 28 % первоначального дерева становиться пиломатериалом, остальное становится отходами. Простейший расчёт показывает, что при объёмах лесозаготовок в пределах 8,0 млн. м3 образуется около 30 % отходов в виде вершин, сучьев и веток, что составляет 2,6 млн. м3 отходов, которые в настоящее время не используются. Таким образом, потенциальный ресурс древесного биотоплива для котельных Ленинградской области составляет не менее 3 млн. м3, а, по оценкам специалистов Комитета по природным ресурсам и охране окружающей среды Ленинградской области, он составляет около 3,9 млн. пл. м3 в год, что эквивалентно 1 млн. тонн угля или 697 млн. тонн мазута [5].

В настоящее время 30 % заготовленной в Ленинградской области древесины идёт на экспорт. 50 % для предприятий ЦБП и 20 % (1,6 млн. м3) используется на лесопильных заводах области. При лесопилении образуется около 40 % отходов, которые имеют высокие энергетические показатели и могут быть использованы для получения энергии. Объём отходов лесопильного производства для Ленинградской области составляет около 640 тыс. пл. м3/год, что эквивалентно 164 тыс. тонн угля или 114 тыс. тонн мазута.

Россия и Северо-западный регион Российской Федерации в особенности обладают огромным сырьевым потенциалом для развития биоэнергетики. Однако доля использования биотоплива в муниципальных котельных Ленинградской области незначительна, из 534 котельных только 12 (2,2 %) [6] используют древесное топливо. В Швеции 15 % всей производимой энергии получается за счёт древесного топлива. Используя опыт Швеции и других экономически развитых стран, можно поэтапно осуществить перевод собственных энергетических мощностей на биотопливо. При содействии Шведской Энергетической Администрации (STEM) на Северо-западе России уже осуществлён ряд таких проектов. В таблице 7 дана краткая характеристика этих проектов.

Таблица 7

(Сокращения: РК - реконструкция котельной;
ЭЭ - эффективизация энергопотребления)

Работы по повышению эффективности энергопотребления включают в себя реконструкцию систем передачи тепла в зданиях и тепловых сетях, снижение теплопотерь.

В результате выполнения текущих проектов уменьшение эмиссии СО2 оценивается в 250000 тонн в год, SО2 - по крайней мере 2500 тонн в год и NО2 - больше 100 тонн в год. Труднее поддается измерению уменьшение эмиссии в результате мер по энергосбережению при передаче тепла и теплопотребления. Однако можно сказать, что в результате этих мер достигается экономия по меньшей мере 30 % энергии. Многие и вышеуказанные объекты располагают собственным источником древесного топлива. Средняя инвестиционная стоимость таких проектов составляет около 100 долл. США на кВт. Период окупаемости оценивается в 3 - 5 лет. Очень важно, что в этих проектах проблема теплоснабжения решается комплексно, то есть совместно с применением энергосберегающих технологий, основанных на применении новых или усовершенствованных технологических процессов, происходит более эффективное использование топливно-энергетических ресурсов.

Одним из наиболее "удачных" с технической точки зрения является проект котельной в Государственном образовательном учреждении среднего профессионального образования Лисинский лесхоз-техникум (лесной колледж). В 1995 году был подписан договор о сотрудничестве между ГОУ СПО Лисинский лесхоз-техникум и Шведской Энергетической Администрацией. В рамках договора, как элемент рационального ведения лесного хозяйства, в 1996 году был осуществлён перевод четырёх мазутных котлов на один котёл на биотопливе (древесной щепе), оснащённый топочной камерой с подвижной колосниковой решёткой. Главный поставщик оборудования - шведская фирма HOTAB. В 1999 году, во второй стадии проекта, была проложена двухтрубная сеть централизованного теплоснабжения, которая заменила основную часть старых сетей и установлены новые теплопункты в 22 зданиях. Котельная снабжает теплом все жилые дома, учебные и производственные корпуса на территории колледжа. Создание участка по производству топливной щепы позволило решить проблему с использованием дров и утилизации древесных отходов, образующихся в результате проведения рубок главного и промежуточного пользования, а также в результате переработки древесины.

В результате выполненного проекта были достигнуты следующие цели;

1. Создано гарантированное теплоснабжение посёлка.
2. Произошло снижение вредных выбросов с дымовыми газами по сравнению с мазутом: СО2 на 3960 т/год, S на 29,8 т/год, NOx на 2,6 т/год, твёрдых частиц на 4,6 т/год.
3. Экономия тепла составила 20-30 % от производительности котла или около 3000 МВт час/год.
4. Решена проблема с использованием низкосортной древесины, дров и отходов деревообработки.
5. Уменьшилась себестоимость выработки тепла в 2 раза.
6. Лисинский лесхоз-техникум имеет дополнительные экономические выгоды от реализации щепы сторонним потребителям. Рентабельность этой продукции составляет 4,6 %.
7. Были созданы дополнительные рабочие места для производства биотоплива.

Выводы:

• Ленинградская область и Северо-западный регион России имеют значительные сырьевые ресурсы для широкомасштабного внедрения биоэнергетических проектов.
• Перевод энергетических мощностей с ископаемых видов топлива на биотопливо является перспективным направлением развития предприятий лесопромышленного комплекса и поселений, расположенных вблизи лесных массивов.
• Для увеличения темпов роста биоэнергетики в России и улучшения надёжности российской энергосистемы необходимо использовать опыт Швеции, Дании, Финляндии по созданию собственного рынка биотоплива и развитию биоэнергетики.

Библиографический список

1. Александрова Н.М. Профессиональная экология: в 2-х ч. - СПб., 1997. Ч.1.- 91 с.
2. SVEBIO. Биоэнергетика. Информационный листок №1. 2000.
3. Бит Ю.А., Беленький Ю.И. Производство древесного топлива. СПб. 2001 - стр. 6.
4. Суханов В.С. Выступление на международном семинаре "Биоэнергетика 2004. Классификация и стандартизация - от леса до производства энергии", г. Санкт-Петербург, пос. Лисино-Корпус, 15-16 июня 2004 г.
5. Диевский В.А. Выступление на 15 межотраслевой конференции " Организация системы управления природными ресурсами и повышение эффективности экологической безопасности".
6. Постановление Правительства Ленинградской области от 24.07.2003 г. "О концепции развития баланса топливно-энергетических ресурсов для муниципальных котельных Ленинградской области до 2020 года".

Примечание издателя

Древесину можно считать "возобновляемым ресурсом" только при выполнении ряда условий - сертификации лесов, замещающих посадок и т.д. Отходы лесозаготовок являются возобновлямым ресурсом в большей мере, но одним из условий их использования в качестве биотоплива должно быть возвращение золы в лес. Большого внимания заслуживают перспективы использования в качестве биотоплива различных органических отходов, а также отходов целлюлозно-бумажной промышленности. Это позволяет также эффективно решить вопрос утилизации отходов. В развитии биотопливных технологий на Северо-западе России необходимо больше внимания уделять топливам сельскохозяйственного происхождения. Возобновляемость этих видов топлива (например, кустарники, трава, солома, а также зерно, используемое для производства этанола) обеспечивается плановыми посадками. Считается, что эти технологии более пригодны для южных районов с высокой урожайностью земледелия, но некоторые виды растительного топлива (например, некоторые кустарниковые ивы) могут эффективно выращиваться и на СЗ России, особенно учитывая большое количество пустующих с/х площадей.